渤海湾盆地南堡凹陷断裂系统对油气成藏的控制作用

文章编号：0253－9985（2011）02－0192－07

渤海湾盆地南堡凹陷断裂系统对

油气成藏的控制作用

1，211，2345

范柏江，刘成林，庞雄奇，张健，李晓辉，马俊宝（1．中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；北京102249；

3．中国石油冀东油田公司，河北唐山063004；内蒙古乌审旗017300；

2．中国石油大学盆地与油藏研究中心，4．中国石油长庆油田公司采气三厂，

5．北京众博达石油科技有限公司，北京102200）

摘要：南堡凹陷断裂发育，但断裂与本区丰富的油气有何关系还不明确。通过对地震资料的构造解释和断裂统计来研究断裂的基本特征。在此基础上，结合本区圈闭条件、储层条件和油气运移条件，来研究断裂对油气的控制作用。分析认“坡坪式”、“铲式”、“多米诺式”南堡凹陷内部的断裂以NEE向或者近NE向断裂为主，在剖面上形成了等多种构造样为，

式。南堡凹陷内部的断裂可划分为3个级次：一、二级断裂发育于古近纪，一级控凹断裂发育时间最早、持续时间长、活动强度大，二级断裂控制局部构造、发育时间稍晚；三级断裂多为新近纪以来发育的次级断裂，断裂发育时间晚，活动强度本区形成了其特殊的石油地质条件。本区断裂系统对油气成藏的控制作用表现在3个方小。在不同级次断裂的控制下，

面，即断裂的发育有利于各类圈闭的形成；断裂引起的裂缝扩大了油气的储集空间；断裂封闭性的差异使得深部油气运移至浅部聚集。

关键词：断裂特征；圈闭条件；储层条件；断裂封闭性；南堡凹陷；渤海湾盆地中图分类号：TE122．1

文献标识码：A

Controloffaultsystemonhydrocarbonaccumulationin

NanpuSag，theBohaiBayBasin

22

FanBojiang1，，LiuChenglin1，PangXiongqi1，，ZhangJian3，LiXiaohui4，MaJunbao5

（1．StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China；2．ResearchCenterforBasinandReservoir，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China；Company，PetroChina，Tangshan，Hebei063004，China；NeiMongol017300，China；

3．JidongOilfield

4．ChangqingOilfieldCompany，PetroChina，Wushenqi，

5．BeijingPolydoctorPetroleumTechnologyCo．，Ltd．，Beijing102200，China）

Abstract：NanpuSaghaswelldevelopedfaults，yettherelationshipbetweenthefaultsandabundantoilandgasisnotclearinthestudyarea．Thepaperstudiedthebasiccharacteristicsoffaultsthroughseismicinterpretationsofstructuresandstatisticalanalysisofthefaultdistribution．Onthisbasisandcombingwiththeconditionsoftrap，reservoirandhydrocarbonmigration，thepaperresearchedthecontrollingeffectsofthefaultsontheoilandgasaccumulationinNanpuSag．TheresultsindicatethatthemajorityofthefaultstrendingNEEorNEin”，“listricstyle”and“dominostyle”andtheNanpuSag，showingstructuralstylessuchas“flatandrampstyle

sooninthesection．ThefaultswithintheNanpuSagcanbeclassifiedintothreeorders，withthefirst-andse-cond-orderfaultsbeingdevelopedinthePaleogene．Thefirst-orderfaultscontroltheformationofthesagandarecharacterizedbytheearliestdevelopment，longdurationandstrongintensity．Thesecond-orderfaultscontrolthelocalstructures，andweredevelopedlaterthanthefirst-orderfaults．Thethird-orderfaultsaremostlysecondaryfaultsformedsincetheNeogenewithweakintensity．Uniquepetroleumgeologicalconditionsoccurinthestudy

收稿日期：2010－11－12。

第一作者简介：范柏江（1983—），男，博士研究生，油气藏形成机理与分布规律。基金项目：国土资源部、国家发改委和财政部联合组织的国家重大专项（zp－002）

第2期范柏江，等．渤海湾盆地南堡凹陷断裂系统对油气成藏的控制作用193

areaduetothecontroloffaultsofdifferentorders．Thecontrollingeffectsofthefaultsystemonhydrocarbonac-cumulationarerepresentedinthreeaspects，thatis，theoccurrenceoffaultsbenefitsfortheformationofvarioustypesoftraps，thefracturescausedbyfaultsenlargethereservoirspaceforoilandgasaccumulation，thediver-sityofsealingabilityoffaultspromptshydrocarbonstomigratefromthedeeptoshallowreservoirswheretheyac-cumulate．

Keywords：faultcharacteristics，trapcondition，reservoircondition，faultsealingability，NanpuSag，BohaiBayBasin

南堡凹陷为渤海湾盆地的一个次级构造单

其北部与燕山相连，南部和东部毗邻渤海，凹元，

2［1－4］

，陷面积为1932km自北向南分别为陆上的

北堡构造、老爷庙构造、高尚堡—柳赞构造；滩海

1

1.1

断裂系统的基本特征

断裂分布特征

的南堡5号、南堡1号、南堡2号、南堡3号、南堡4号构造（图1）。南堡凹陷油源充足，油气储量丰

［5－6］

，富，然而本区断裂极其发育油气似乎容易被

断裂破坏。为了探讨断裂有无破坏油气的成藏或

从断裂平面分布上看，南堡凹陷内部的断裂在全区均较发育。以明化镇组的断裂分布为例（图1），该区断裂的走向以NEE向或者近NE向

断距大小以及对构为主。按照断裂的活动强度、

造单元的控制作用，本区的断裂大致可以分为三

级。一级断裂为西南庄、柏各庄等控凹边界断裂，该类断裂呈继承性稳定发育，断裂的活动强度大，

对凹陷全区的断裂系统进行者破坏程度的大小，

了综合分析，并从油气藏的形成条件着手，来探讨断裂对油气成藏的控制作用，以利于认识断陷盆地的油气成藏特点。

图1

Fig.1

南堡凹陷区域构造及断裂分布

RegionalstructuresandfaultdistributionintheNanpuSag

194石油与天然气地质第32卷

沙河街组二段及三段内部发育的NW向及NE向断层占有较大的比例，这可能与深部断裂发育的机制以及受早期构造运动的影响有关。但就全区

南堡凹陷发育的断裂系统具有很大的相似而言，

性，断裂的发育具有继承性的特征。1.2

断裂几何特征

空间展布上南堡凹陷内部断裂具有一定的几何学分带特征。根据各次级构造单元构造样式的不同，可以把南堡凹陷分为3个带：高尚堡构造－柳赞构造带、北堡构造－老爷庙构造带以及南部滩海

图2

Fig.2

南堡凹陷断层方位分布OrientationsoffaultsintheNanpuSag

构造带。高尚堡构造与柳赞构造带发育“坡坪式”构造样式，具有明显的断坡（坡度较大）和断坪（坡度较小）结构（图3）；北堡构造—老爷庙构造带发“铲式”育构造样式，具有地堑内部断层向深部主边高尚堡构造的深部亦具备“铲界断层交汇的特征，式”构造样式的特征（图3）；南部滩海构造带多发育“多米诺式”构造样式，具有地层发生破裂旋转、形状类似多米诺骨牌的特征，由于多期构造运动的影“多米诺式”响，各期次的构造样式容易发生叠加交错，典型的如南堡2号构造（图3）。从断裂的纵向部分活动大断裂延伸至深部后，容易收组合上看，

该类断裂能很好地沟通深部敛在主边界断裂之上，

烃源岩。在浅部，不同期次的次级断裂相互切割，

断裂延伸范围较小，只局限于一定的深度范围发育，形成类似于网状的块断结构（图3）。

活动时间长，控制了南堡凹陷的形成和演化，对各

个次级构造的发育具有影响。二级断裂为南堡、蛤坨等控制次级构造单元的断裂，该类断裂大致在古近纪中晚期开始发育，具有一定的继承性，断裂活动时间和强度足以控制临近次级构造单元的发育。三级断裂数量最多，基本上是新近纪以来发育的次级小断裂，对凹陷的构造格局基本上没有影响，但这类断裂对局部圈闭的发育具有一定的控制作用。通过对南堡凹陷不同层位断层方位分布的统计来看（图2），发现沙河街组一段及其上覆地层NEE其内部发育的断层走向具有高度的一致性，向的断层占据了绝对的主导地位。南堡凹陷深部

图3

Fig.3

南堡凹陷南堡2号构造－高尚堡构造断裂发育剖面

ProfileoffaultsdevelopedintheNanpu2-GaoshangpuunitintheNanpuSag

第2期范柏江，等．渤海湾盆地南堡凹陷断裂系统对油气成藏的控制作用195

1.3断裂发育过程

南堡凹陷作为典型的断陷构造，其断裂系统

的发展演化历史也即是古近纪、新近纪两个阶段。古近纪，受强烈构造活动的影响，本区进入断陷发育阶段，区内形成大量具有同生性质的正断裂，西南庄、柏各庄等控凹一级断裂在沙河街组三段沉积时期亦开始发育。沙河街组一段沉积期，在构区内二级造活动及先期同生断裂的双重影响下，断裂如南堡断裂、蛤坨断裂开始发育，此时本区开始具备箕状断陷的雏形。经过长期的断裂活动，在东营组二段沉积期，南堡凹陷内的一级断裂已经具备了铲式形态，受其控制凹陷开始形成“北断南超”的构造格局，在一级和二级断裂共同作用下，高尚堡、老爷庙、北堡构造均开始成型。新近

南堡凹陷构造活动减弱，基本呈继承性发育，纪，

凹陷发育已经不受一、二级断裂控制，由此，凹陷的沉积中心亦逐渐向南转移。新近纪以来，较快的沉积、伸展速率导致沉积地层迅速加厚。受上覆地层重力载荷的影响，各级构造坡折带产生众，由于发育期次的差异，该类断层

部分断层甚至延伸至深部被往往相互叠加切割，多次级正断层

次级断层对断层类圈闭的形成和对大断裂所切，

油气的输导均有影响。

［7］

沉积、沉降作用的影响，不同构造带发育不同类型

的圈闭且在形成时间上存在差异。平面上，高尚堡－柳赞、老爷庙、北堡等构造带的圈闭发育时间

一般在第一主沉积地层形成初期即形成雏较早，

形，圈闭定型时间也较早，如高尚堡－柳赞构造在沙河街组沉积时期发育并定型，而南部滩海地区圈闭定型时间主要在东营组沉积时期。

古近纪是南堡凹陷的裂陷发育期。该时期，老爷庙、北堡等陆上构造，由于深部基底大断裂发

因而在靠近深大育且断裂在深部具有滑脱性质，

断裂的上盘部位，容易受重力滑塌作用而产生剩

余空间，从而导致地层变形形成滚动背斜，该类背斜通常具有圈闭闭合面积大、圈闭闭合度高的特点。而在深大断裂的下盘，受逆牵引力的作用，地层则容易变形形成逆牵引背斜，相对于断裂上盘的滚动背斜而言，其弯曲变形程度较小，圈闭面积伴生断层的发育也较弱。在多米诺式构亦较小，

造样式发育的南堡2、南堡4号构造，断裂在垂向分量上的活动性最为强烈，这为砂砾岩滑塌浊积体和深水浊积扇的发育创造了条件。沙河街组一段沉积时期，在边界断层的作用下，凹陷构造格局

沉降中心向滩海迁移。该时期，南堡凹陷为变化，

湖相沉积环境，烃源岩厚度大，成熟度高，油气运移动力大，因而滑塌浊积体较缓坡带滑塌浊积岩容易得到油源供给，利于形成岩性油气藏。

新进纪以来，南堡凹陷进入拗陷发育期，断裂活动减弱，整体沉降，凹陷沉积速率亦增加。受重力均衡作用影响，在先期发育同生断裂的基础上发育众多次级断裂，沿次级断裂带形成了断块、断背斜、断鼻、低幅度背斜等多种类型的圈闭。该类圈闭的形成与展布明显受到断裂活动的控制，如柳赞构造东营组、馆陶组其断鼻、断块圈闭发育，

2

2.1

断裂系统对油气成藏的控制作用

对圈闭条件的控制

南堡凹陷是在断裂活动控制下形成的箕状断

陷构造，内部断裂相当发育，与断裂相关的圈闭有滚动背斜、逆牵引背斜、断块、断鼻、断背斜以及岩

［8－9］

（表1）。受断裂活动以及性圈闭等多种类型

表1

Table1

南堡凹陷各构造单元断裂发育情况与圈闭类型对比

ComparisonoftraptypesandfaultstylesindifferentstructuralunitsoftheNanpuSag

北堡

南堡1号西南庄

南堡

老爷庙西南庄铲式

同沉积背斜底辟背斜断块圈闭

滚动背斜逆牵引背斜断块圈闭断鼻圈闭

南堡2号次生断裂多米诺式滚动背斜底辟背斜断块圈闭断鼻圈闭

高尚堡－柳赞高柳柏各庄坡坪式滚动背斜同沉积背斜断鼻构造断块圈闭

南堡3号南堡次生断裂

南堡4号蛤坨多米诺式地垒构造岩性圈闭断块圈闭

主要受控断裂构造样式

西南庄铲式滚动背斜断块圈闭断鼻圈闭

圈闭类型

低幅度背斜断块圈闭

196石油与天然气地质第32卷

在平面上，该类圈闭往往是由两条或两条以上的断层相交形成构造封闭或向下倾方向敞开；在剖面上，该类圈闭在储层的上倾方向往往会被断层切割封堵。2.2

对储集条件的控制

构造裂缝是在断裂错动引起的作用结果上分析，

局部差异诱导力条件下，断裂内及其附近岩石沿断裂面没有发生明显位移而形成的一种伴生或诱

［14］

导构造。这也即是说，构造裂缝的发育往往伴随有断裂的发育。南堡凹陷断裂极其发育，本区断裂对构造裂缝的控制作用亦表现明显。从南堡1号、南堡2号构造与北堡构造对比情况上看，南堡1号及南堡2号构造深大断裂较北堡构造发育，其古生界灰岩中的张性构造裂缝发育情况明

而北堡构造的溶蚀裂缝具备一定规模。显较好，

南堡凹陷古生界碳酸盐岩（以灰岩为主）主要发育

高角度的构造裂缝。通过对南堡1号构造和南堡2号构造的统计，发现本区古生界灰岩中的构造裂缝以NW向裂缝为主，裂缝基本上呈未被充填（图4a）或者被方解石充填（图4b）状态，未被充填的裂缝无疑为油气提供了潜在的储存空间（图4c，

晚白垩世末—古新世，南堡凹陷整体上遭受隆升剥蚀，沙河街组底部形成一区域不整合。尽管遭受长期的风化剥蚀形成风化壳，但在针对不整合面之下的古生界（尤其是奥陶系）油气勘探中，发现只有少数井存在放空现象，其原因是暴露时间太长，导致孔洞空间充填严重，孔渗性变差

［10］

。但对古生界潜山油藏的勘探表明，构造裂

缝能增加油气的赋存空间。

对于构造裂缝的研究，前人更偏重于从应力场的角度来进行分析或者模拟

［11－13］

。但从应力场

图4

Fig.4

南堡凹陷古生代碳酸盐岩中的构造裂缝

StructuralfracturesinthePalaeozoiccarbonaterocksoftheNanpuSag

a.NP1－5井，3963.2～3963.7m，岩心照片；b.NP1－80井，灰岩构造裂缝，灰岩中两组高角度裂缝互相切割，3741.21m，岩心照片；c.NP280井，4497.43m，岩心照片；d.LPN1井，灰岩溶蚀孔洞沿构造缝发育，灰岩构造缝含油

（黄橙色光），4177.40m，FL×102

第2期范柏江，等．渤海湾盆地南堡凹陷断裂系统对油气成藏的控制作用197

d）。由于遭受多期构造运动的改造，南堡凹陷发

育的构造裂缝具有一定的期次性，常见的是两组高角度裂缝交错发育（图4b），局部还可以见到3组裂缝交错发育，但裂缝发育的期次性在平面分布上并没有分区性，这可能与空间上受力分布不均匀有关。本区碳酸盐岩中的油气赋存与构造裂缝的发育相关，储集油气的孔、洞、缝空间往往与构造裂缝共存，如南堡280井奥陶系灰岩中（4497.43m），在其构造裂缝路径上发育有溶蚀孔洞，而在溶蚀孔洞及构造缝中含油（图4c）。综合取心情况分析表明，溶蚀孔洞发育的部位往往也是裂缝比较发育的部位。溶蚀孔洞缝沿着裂隙发育，这充分说明构造裂缝的形成时间相对较早，而溶蚀孔洞缝则是在后期、由烃类流体对构造裂缝进行改造而形成的2.3

［15－16］

盖层。断裂输导的油气不断被断裂附近的相关圈

“捕获”闭并保存下来，这也是本区尽管断裂发育，而油气没有被全部破坏的原因。就封闭机理而浅层的砂、泥岩分别处于塑性流动和弹性变形言，状态

［25］

，断裂易受到封堵，提高了其封闭性能。

3结论

南堡凹陷断裂极其发育且以NEE向断裂为主，

“阶梯式”、“铲式”“多米诺式”3种断裂的分布以和构造样式呈分带性分布。受各级断裂的控制，断裂

相关类圈闭发育；断裂活动产生的构造裂缝改善了储层储集条件；断裂封闭性的差异变化使得运移的油气免遭完全破坏。因此，尽管南堡凹陷断裂发但对油气成藏仍具有一定的促进作用。育，

参

考

文

献

。

对运移条件的控制

断层的封闭能有效遮挡下伏油气的运移。断

层的开启能使油气发生运移或者发生再次运移，

［17－19］

。从南堡凹陷已发现的油也能导致油气散失

靠近凹陷中部，其浅层油气相对较少；凹陷气看，

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主力。究其根本原因，凹陷中部，深大断裂（尤其

深部油气是一级控凹断裂）对其的控制作用较弱，难通过大断裂直接进入浅层，而在环凹陷带，受深

大断裂长期持续活动的影响，深部油气可经断裂直接向上运移。

断裂对油气的封闭能力主要体现在断层样式、断层两盘地层性质、断层活动性等方面，在定常用断裂的断面压力、泥岩涂抹系数等量表征上，

［20－24］

，参数进行表征如Lindsay认为断面压力大Smith认为涂抹系数大于于5MPa为垂向封堵、

0.44为侧向封堵。但在不同地区，以上参数的取值标准会有差异。通过NP1－5井钻遇断裂及其周围断裂该类组合参数在垂向上的变化情况可以发现，东营组、沙河街组泥岩涂抹系数基本小于0.45，断面压力大致为4.31～12.31MPa；明化镇组泥岩涂抹系数为0.42～0.67、断面压力为9.13～16.49MPa。表明由下向上断裂的封闭性大致具有增强的趋势，明化镇组断裂的封闭性最强，基本上保持封闭，油气在纵向运移的过程中其难度逐渐增大，以至油气基本不能突破明化镇组

198石油与天然气地质

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（编辑董立）

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（编辑张亚雄）